-
TECHNISCHES
SACHGEBIET
-
Diese
Erfindung bezieht sich auf eine Ventilregelanordnung in einer Pumpe
oder in einer Düse für ein Kraftstoff-Einspritzsystem.
-
HINTERGRUND
-
Kraftstoff-Ventilregel-Anordnungen
in Fahrzeug-Kraftstoff-Einspritzsystemen umfassen typischerweise
ein Gehäuse,
das eine Regelventilkammer, einen Kolbenventilkörper und einen Ventilanschlag
besitzt. Elektromagnetische Aktuatoren werden üblicherweise in Regelventil-Anordnungen
für ein
elektronisches Regeln einer Betätigung
des Regelventils verwendet. Der elektromagnetische Aktuator, gewöhnlich ein
Solenoid ist, in einem Stator eingeschlossen. Der Ventilkörper ist
fest an einem Anker befestigt. Eine Feder wird dazu verwendet, den
Ventilkörper
zu einer deaktivierten Position hin zu drücken, die den Anker einen kurzen
Weg von dem Stator weg anordnet und die gewöhnlich die offene Position
für das
Regelventil ist. Wenn der Solenoid mit Energie beaufschlagt wird,
wird der Anker zu dem Stator hin gezogen, und zwar gegen die Federvorspannung,
was den Ventilkörper
zu der betätigten Position
bewegt, die gewöhnlich
die geschlossene Position für
das Regelventil ist. In der geschlossenen Position stößt eine
Sitzfläche
an den Ventilkörper
gegen einen Ventilsitz, definiert durch die Ventilkammer, an. Während einer
Bewegung des Ventilkörpers zwischen
der offenen und der geschlossenen Position greift eine Ventilführung des
Ventilkörpers
axial gleitend in einen Führungsbereich
der Ventilkammer ein. Das elektromagnetisch betätigte Ventil ermöglicht eine
anspruchsvollere und präzisere
Regelung des Einspritzvorgangs, um dadurch die Verbrennung zu verbessern.
-
Obwohl
Kraftstoffpumpen und -düsen,
die elektromagnetisch betätigte
Regelventile haben, in vielen Anwendungen verwendet worden sind,
die kommerziell erfolgreich gewesen sind, kann eine Abnutzung und
ein Reißen
gelegentlich eine verschlechterte Ventildichtfähigkeit dann verursachen, wenn
es geschlossen ist. Weiterhin können
sehr genaue Spezifikationen zu Ventildichtungs-Funktionsvariationen
von Anordnung zu Anordnung führen.
Als solche können
sowohl Funktionsvariationen von Anordnung zu Anordnung als auch
eine Abnutzung von Teilen wesentlich die Präzision des Kraftstoff-Fließvorgangs
ver ringern, und dadurch in nicht erwünschter Weise die Verbrennungseffektivität herabsetzen und
den Nutzungslebensdauer-Zyklus der Regelventil-Anordnung verringern.
-
Aus
den vorstehenden Gründen
ist ein Erfordernis nach einer Regelventil-Anordnung für Pumpen und Einspritzdüsen vorhanden,
die die Probleme und die Beschränkungen
des Stands der Technik beseitigen.
-
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
-
Es
ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte
Regelventil-Anordnungen
zu schaffen, die eines oder mehrere Merkmal(e) haben, die Funktionsvariationen
von Anordnung zu Anordnung verringern und/oder die Effekte einer
normalen Abnutzung und eines Reißens bzw. Brechens in Bezug
auf die Ventildichtfähigkeit,
wenn es geschlossen ist, zu verringern.
-
Beim
Lösen der
vorstehenden Aufgabe und von anderen Aufgaben und Merkmalen der
vorliegenden Erfindung wird eine Pumpe für ein Kraftstoff-Einspritzsystem
geschaffen. Die Pumpe weist ein Pumpengehäuse auf, das eine Pumpkammer
besitzt. Ein Kraftstoff Einlass führt Kraftstoff zu der Pumpkammer
zu. Das Pumpengehäuse
besitzt weiterhin eine Auslassöffnung
und eine Ventilkammer zwischen der Pumpkammer und der Auslassöffnung. Die
Ventilkammer definiert einen Ventilsitz und besitzt einen axialen
Führungsbereich
mit einer zentralen Achse. Ein Kolben ist in der Pumpkammer angeordnet.
Ein Ventilkörper,
angeordnet in der Ventilkammer, regelt den Kraftstoff. Ein Ventilschaft
an dem Ventilkörper
definiert eine Sitzfläche.
Der Ventilkörper
besitzt weiterhin eine Ventilführung
in einem gleitenden Eingriff mit dem Ventilkammer-Führungsbereich.
Der Ventilkörper
ist axial in Bezug auf die Ventilkammer über einen Hubbereich zwischen
einer geschlossenen Position und einer offenen Position bewegbar.
-
In
der geschlossenen Position greift die Sitzfläche des Ventilkörpers in
den Ventilsitz der Ventilkammer ein. In der offenen Position ist
die Sitzfläche des
Ventilkörpers
von dem Ventilsitz beabstandet, um Druck freizugeben. Die Ventilführung besitzt
eine äußere Eingriffsfläche, die
gleitend in den Ventilkammer-Führungsbereich
eingreift. Die Eingriffsfläche besitzt
eine axiale Länge
von höchstens
ungefähr
7 Millimetern. Die kürzeste,
axiale Länge
der Eingriffsfläche
(verglichen mit einer typischen, axialen Länge von mehr als 9 Millimetern)
verbessert die Ventildichtfähigkeit
zu Anfang und den Lebensdauer-Zyklus des Produkts.
-
Eine
Ventilfeder spannt den Ventilkörper
zu der offenen Position hin vor. Ein Anker ist an dem Ventilkörper angeordnet.
Ein Stator nahe dem Anker umfasst einen Aktuator, der so betreibbar
ist, um den Ventilkörper
zu der geschlossenen Position gegen die Vorspannung der Ventilfeder
hin zu drücken.
-
Vorzugsweise
besitzt die Ventilsitzfläche
einen radial inneren Bereich und einen radial äußeren Bereich. Die Ventilsitzfläche definiert
vorzugsweise eine Stufe zwischen dem inneren und dem äußeren Bereich.
Die Stufe verbessert weiterhin die Ventildichtfähigkeit gegenüber dem
Lebensdauer-Zyklus des Produkts.
-
Weiterhin
wird, beim Ausführen
der vorliegenden Erfindung, eine Pumpe für ein Kraftstoff-Einspritzsystem
geschaffen, die eine erhöhte
Spielpassung zwischen dem Ventilkammer-Führungsbereich und der Ventilkörper-Eingriffsfläche besitzt.
Die Ventilkörper-Eingriffsfläche greift
gleitend in den Ventilkammer-Führungsbereich
mit einer Spielpassung von mindestens ungefähr 5 Mikrometern ein (verglichen
mit typischen Spielpassungen von geringer als 4 Mikrometern). Vorzugsweise
ist die Ventilsitzfläche abgestuft,
um die Funktionsweise zu verbessern, und vorzugsweise besitzt die
Ventilkörper-Eingriffsfläche eine
verkürzte,
axiale Länge
von höchstens
ungefähr 7
Millimetern.
-
Die
Vorteile, die den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zugeordnet sind, sind zahlreich. Zum
Beispiel bilden Pumpen und Düsen,
die Regelventil-Anordnungen,
hergestellt gemäß der vorliegenden
Erfindung, haben, Pumpen und Düsen mit
verringerten Ventildichtungs-Funktionsvariationen von Anordnung
zu Anordnung und/oder verringerten Effekten einer normalen Abnutzung
und eines Reißens
an der Ventildichtung. Das bedeutet, dass es wichtig ist, dass eine
minimale Kraftstoff-Leckage und Druckfreisetzung zwischen der Ventilsitzfläche und
dem Ventilsitz vorhanden ist, wenn das Ventil geschlossen gehalten
ist. Eine kritische Charakteristik der Ventildichtfähigkeit
ist der effektive Oberflächenbereich
des Ventilsitzes, der eine Schließkraft von dem Ventilschaft
aufnimmt, während
das Ventil geschlossen gehalten wird. Das bedeutet, dass die Ventildichtfähigkeit
zu der Schließkraft
pro Einheit eines effektiven Oberflächenbereichs an dem Ventilsitz,
der die Schließkraft
aufnimmt, in Bezug gesetzt ist.
-
Bei
Pumpen und Düsen
nach dem Stand der Technik verursacht, obwohl sie kommerziell erfolgreich
sind, die Abnutzung des Produkts, die aufgrund eines übermäßigen Abriebs
in dem Kraftstoff entsteht, dass sich der Regelventilsitz verschlechtert, was
zu einem größeren, effektiven
Bereich des Ventilsitzes, der eine Schließkraft von dem Ventil schaft aufnimmt,
führt,
was die Fähigkeit
des Solenoids begrenzt, das Ventil geschlossen zu halten. Als solches können abgenutzte
Teile die Dichtfähigkeit
einer Regelventil-Anordnung
nach dem Stand der Technik verringern. Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung setzen eines oder mehrere Merkmal(e) ein, um die sich
ergebenden Erhöhungen
in diesem effektiven Oberflächenbereich
aufgrund einer Abnutzung und eines Reißens der Regelventil-Anordnung
während
eines normalen Betriebs, und die Erhöhungen, die aufgrund einer
Variabilität
von Pumpe zu Pumpe oder von Düse
zu Düse
auftreten können,
zu verringern.
-
Die
vorstehende Aufgabe, und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden leicht durch einen Fachmann auf dem
betreffenden Fachgebiet aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung
des besten Modus zum Ausführen
der Erfindung ersichtlich werden, wenn sie in Verbindung mit den
beigefügten
Zeichnungen herangezogen wird.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt
einen Seitenaufriss, im Schnitt, einer Pumpe für ein Kraftstoff-Einspritzsystem,
hergestellt gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
2 zeigt
eine vergrößerte Querschnittsansicht
der Umgebung des Regelventilsitzes an der Pumpe, dargestellt in 1;
-
3 zeigt
eine vergrößerte Querschnittsansicht
der Umgebung des Ankers an der Pumpe, dargestellt in 1;
-
4 zeigt
einen Seitenaufriss, im Schnitt, einer Düse für ein Kraftstoff-Einspritzsystem,
hergestellt gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
5 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines bevorzugten Aufbaus für einen
Ventilkörper
gemäß der vorliegenden
Erfindung, der eine verkürzte, äußere Eingriffsfläche einer
Ventilführung,
eine vergrößerte Spielpassung
zwischen der Eingriffsfläche und
dem axialen Führungsbereich
der Ventilkammer und eine abgestufte Ventilsitzfläche besitzt;
-
6 zeigt
eine Schnittansicht, die eine bevorzugte Ausführungsform einer Regelventil-Anordnung
der vorliegenden Erfindung darstellt;
-
7 zeigt
eine vergrößerte Draufsicht
des Sitzflächenbereichs
eines Ventilkörpers
in einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
8 zeigt
eine weitere, vergrößerte Ansicht der
Sitzfläche
an dem Ventilkörper,
dargestellt in 7;
-
9 zeigt
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die die bevorzugte Sitzfläche,
die in den Ventilsitz eingreift, darstellt;
-
10 zeigt
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die eine Sitzfläche,
die in den Ventilsitz eingreift, nach dem Stand der Technik darstellt;
-
11 zeigt
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die die bevorzugte Sitzfläche
darstellt, die in einen moderat abgenutzten Ventilsitz eingreift;
-
12 zeigt
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die eine Sitzfläche
nach dem Stand der Technik darstellt, die in einen moderat abgenutzten Ventilsitz
eingreift; und
-
13 zeigt
einen Motor, der gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt ist.
-
BESTER MODUS ZUM AUSFÜHREN DER
ERFINDUNG
-
In
den 1–3 ist
eine Pumpe 10, hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung,
dargestellt. Die Pumpe 10 besitzt ein Pumpengehäuse 12 mit
einem Pumpengehäuse-Endbereich 14.
Eine Pumpkammer 16 ist durch das Pumpengehäuse 12 definiert.
Ein Kraftstoffeinlass 18 zum Zuführen von Kraftstoff zu der
Pumpkammer 16 ist an dem Umfang des Pumpengehäuses 12 angeordnet.
Das Pumpengehäuse 12 besitzt
weiterhin eine Auslassöffnung 20 und
eine Regelventilkammer 22 zwischen der Pumpkammer 16 und
der Auslassöffnung 20.
O-Ringe 24 sind dazu vorgesehen, den Kraftstoffeinlass 18 in
Bezug auf einen Motorblock, der die Pumpe 10 aufnimmt,
zu dichten. Durchgangswege 26 und 28 verbinden
die Auslassöffnung 20,
die Regelventilkammer 22 und die Pumpkammer 16.
-
Ein
sich hin- und herbewegender Kolben 30 ist in der Pumpkammer 16 angeordnet.
Der Kolben 30 besitzt ein Kopfende 32 und ein
hinteres Ende 34. Der Kolben 30 ist über einen
Hubbereich zwischen einer ausgefahrenen Position, angegeben bei 30, und
einer komprimierten Position, angegeben in angedeuteter Form bei 31,
hin- und her bewegbar. Eine Kolbenfeder 40 spannt elastisch
den Kolben 30 zu der ausgefahrenen Position 30 vor.
-
Eine
Stator-Anordnung 42 enthält einen elektromagnetischen
Aktuator 44, wie beispielsweise einen Solenoid, und besitzt
Anschlüsse
zum Verbinden einer Energieversorgungsquelle, um Energie für den elektromagnetischen
Aktuator 44 bereitzustellen. Ein elektromagnetisch betätigtes Regelventil 46 ist
in der Regelventilkammer 22 zum Regeln von Kraftstoff angeordnet.
Das Regelventil 46 umfasst einen Kolben-Ventilkörper 48.
Der Kolben-Ventilkörper 48 ist
zwischen einer nicht betätigten
Position und einer betätigten
Position innerhalb der Regelventilkammer 22 bewegbar.
-
Typischerweise
ist die nicht betätigte
Position die offene Position, und die betätigte Position ist die geschlossene
Position für
den Ventilkörper 48. Ein
Anker 52 ist an dem Regelventil 46 durch eine Befestigungseinrichtung,
wie beispielsweise eine Schraube 54, befestigt. Ein Ventilanschlag 60 ist
in dem Pumpengehäuse 12 angrenzend
an die Regelventilkammer 22 angeordnet.
-
Eine
Regelventilfeder 70 spannt elastisch den Kolben-Ventilkörper 48 in
die nicht betätigte
Position vor. Ein Regelventil-Federsitz 72 und eine Regelventil-Federrückhalteeinrichtung 76 stoßen an ein erstes
und ein zweites Ende 74 und 78 der Regelventilfeder 70,
jeweils, an.
-
Ein
Stator-Abstandsteil 80, das eine zentrale Öffnung 82 zum
Aufnehmen eines Ankers 52 darin besitzt, ist zwischen dem
Pumpengehäuse 12 und der
Stator-Anordnung 42 angeordnet. Das Stator-Abstandsteil 80 besitzt
Kerben 81 zum Aufnehmen der Rückhalteeinrichtung 76.
O-Ringe 84 und 85 dichten das Stator-Abstandsteil 80 gegen
die Stator-Anordnung 42 und
das Pumpengehäuse 12,
jeweils, ab.
-
Eine
Anschlagplatte 62 besitzt Löcher in einer Ausrichtung zu
Löchern
in dem Pumpengehäuse 12,
und besitzt Löcher
in der Stator-Anordnung 42 und dem Stator-Abstandsteil 80,
jeweils. Befestigungseinrichtungen 90 erstrecken sich durch
die Stator-Anordnung 42,
das Stator-Abstandsteil 80 und das Pumpengehäuse 12.
Die Befestigungseinrichtungen 90 befestigen die Anschlagplatte 62 gegen den
Ventilanschlag 60. Vorzugsweise werden Unterlegscheiben 92 mit
Befestigungseinrichtungen 90 verwendet und ein Namensschild 93 kann
an der Stator-Anordnung 42 für Identifikationszwecke befestigt werden.
-
Weiterhin
ist in den 1–3 eine Ventilstößelanordnung 100 dargestellt.
Die Ventilstößelanordnung 100 besitzt
ein Gehäuse 102 mit
einem lang gestreckten Schlitz 104. Die Ventilstößelanordnung 100 besitzt
eine Achse 106 und eine Rolle 108 für einen
Eingriff mit einer Nockenwelle (nicht dargestellt). Ein Kolben 30 ist
innerhalb der Pumpkammer 16 zwischen der komprimierten
Position 31 und der ausgefahrenen Position 30 durch
eine Ventilstößelanordnung 100 hin-
und her bewegbar. Eine zylindrische Hülse 110 besitzt eine Öffnung 112 in
Verbindung mit dem lang gestreckten Schlitz 104. Die zylindrische Hülse 110 besitzt
einen ersten und einen zweiten Endbereich 114 und 116,
jeweils.
-
Der
Pumpengehäuse-Endbereich 14 verbindet
sich mit dem ersten Endbereich 114 der zylindrischen Hülse 110.
-
Der
zweite Endbereich 116 der zylindrischen Hülse 110 verbindet
sich relativ hin- und
herbewegbar mit der Ventilstößelanordnung 100,
um der Ventilstößelanordnung 100 zu
ermöglichen,
den Kolben 30 anzutreiben. Die Ventilstößelanordnung 100 bewegt
sich innerhalb der zylindrischen Hülse 110 hin und her
und treibt den Kolben 30 relativ zu der zylindrischen Hülse 110 über den
Hubbereich an. Vorzugsweise erstreckt sich die Rückhalte-Einrichtungsführung 120 durch
die Öffnung 112,
die zylindrische Hülse 110,
und greift in Schlitze 104 in der Ventilstößelanordnung 100 ein.
Eine Klammer 122 hält
die Führung 120 innerhalb
der Öffnung 112 zurück.
-
Ein
Kolbenfedersitz 130 ist in dem Gehäuse 102 der Ventilstößelanordnung 100 aufgenommen. Der
Kolbenfedersitz 130 stößt gegen
ein erstes Ende 132 einer Kolbenfeder 40 an. Der
Pumpengehäuse-Endbereich 14 stößt gegen
ein zweites Ende 134 der Kolbenfeder 40 an.
-
Das
Pumpengehäuse 12 besitzt
einen ersten Ringraum 150 in Verbindung mit dem Kraftstoffeinlass 18 zum
Zuführen
von Kraftstoff zu der Pumpkammer 16. Das Pumpengehäuse 12 besitzt
weiterhin einen zweiten Ringraum 152 in Verbindung mit der
Pumpkammer 16 zum Aufnehmen überschüssigen Kraftstoffs davon. Ein
ringförmiges
Band 154, das eine äußere Oberfläche 156 besitzt,
trennt den ersten und den zweiten Ringraum 150 und 152,
jeweils.
-
Eine
Kammer 158 für überschüssigen Kraftstoff
nimmt überschüssigen Kraftstoff
von der Regelventilkammer 22 auf. Ein Kraftstoff-Ausgleichskanal 161 bildet
eine Kraftstoff-Verbindung zwischen der Kammer 158 für überschüssigen Kraftstoff
und der Regelventil- und Federkammer. Ein O-Ring 64 dichtet
die Kammer 158 für überschüssigen Kraftstoff
gegen den Ventilanschlag 60 ab. Ein Rückführkanal 160 verbindet
die Kammer 158 für überschüssigen Kraftstoff
mit dem zweiten Ringraum 152. Ein anderer Rückführkanal 162 verbindet
die Pumpkammer 16 mit dem zweiten Ringraum 152 zum
Aufnehmen irgendwelchen Kraftstoffs, der leckagemäßig zwischen
dem Kolben 30 und dem Pumpengehäuse 12 heraustritt.
Der zweite Ringraum 152 ist durch ein ringförmiges Band 154 und
den ersten Endbereich 114 einer zylindrischen Hülse 110 definiert.
Wie es ausreichend im Stand der Technik bekannt ist, wird Kraftstoff
zu der Pumpe 10 über
innere Kraftstoffkanäle
in dem Motorblock (nicht dargestellt) zugeführt.
-
In 2 nun
ist ein Kolben-Ventilkörper 48 in der
betätigten
Position dargestellt. Unter einer Betätigung wird der Kolben-Ventilkörper 48 nach
innen von der offenen Position gegen den Ventilanschlag 60 (nicht
spezifisch dargestellt) zu der geschlossenen Position, dargestellt
in 2, gedrückt.
Kraftstoff wird ermöglicht,
durch den Kanal 26 in dem Pumpengehäuse 12 zu der Auslassöffnung 20 entsprechend dem
Regelventil 46, das in einer festgelegten Folge geöffnet und
geschlossen wird, zu fließen,
um zu ermöglichen,
dass der erwünschte
Kraftstoffdruck entwickelt wird, während es geschlossen ist. Der
Durchgangsweg 26 ist immer zu der Pumpkammer hin offen,
allerdings wird ein Kraftstofffluss zu der Düse hin ausgeschlossen, wie
dies beschrieben ist, und optional mit der Unterstützung eines
Druckablassventils (nicht dargestellt) innerhalb der Hochdruckleitung, was
herkömmlicher
Praxis entspricht.
-
Eine
Betätigung
der Pumpe 10 wird nun unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Kraftstoff wird von einer Kraftstoff-Zuführung durch den ersten Ringraum 150 aufgenommen
und zu dem Kraftstoffeinlass 18 zugeführt. Der Kraftstoffeinlass 18 führt den Kraftstoff
zu der Pumpkammer 16. Die Nockenwelle (nicht dargestellt)
treibt die Ventilstößelanordnung 100 an.
Der Kolben 30 wird von der ausgefahrenen Position 30 zu
der komprimierten Position 31 bewegt, und Kraftstoff wird
innerhalb der Pumpkammer 16 unter Druck gesetzt, wenn das
Regelventil 46 geschlossen gehalten ist.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung besitzt der Ventilkörper-Führungsbereich
eine äußere Eingriffsfläche mit
einer verkürzten,
axialen Länge
von nicht mehr als ungefähr
7 Millimetern und/oder der Ventilkörper-Führungsbereich besitzt eine äußere Eingriffsfläche mit
einer Spielpassung von mindestens ungefähr 5 Mikrometern. Vorzugsweise
werden sowohl der verkürzte
Führungsbereich
als auch die Spielpassung in Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung eingesetzt. Weiterhin wird vorzugsweise eine abgestufte
Sitzfläche
ebenso eingesetzt.
-
In 4 ist
eine Einspritzdüse 200,
hergestellt gemäß der vorliegenden
Erfindung, dargestellt. Die Düse 200 besitzt
einen Düsenkörper 202 und eine
Düsenanordnung 204.
Eine Federkäfig-Anordnung 206 ist
angrenzend an die Düsenanordnung 204 angeordnet.
Ein Kolben 208 wird innerhalb des Körpers 202 durch einen
Drückstab 210 hin-
und herbewegt. Ein Stator 214 umfasst einen Aktuator zum Regeln
einer elektronisch geregelten Ventilanordnung 212. Ein
Anker 216 ist an einem Ventilkörper 218 durch eine
Ankerschraube 220 befestigt. Der Anker 216 ist
durch ein Stator-Abstandsteil 222 umgeben. Der Ventilkörper 218 ist
zu einer nicht betätigten Position
durch eine Regelventilfeder 224 vorgespannt. Unter Betätigung wird
der Anker 216 zu dem Stator 214 hingezogen, was
dazu führt,
dass sich der Ventilkörper 218 gegen
die Vorspannung der Feder 224 in die betätigte Position
bewegt. Unter einer Deaktivierung wird der Ventilkörper 218 durch
die Feder 224 so gedrückt,
um gegen den Ventilanschlag 226 anzustoßen. Wie zuvor für die Pumpe 10 (1) angegeben
ist, ist die Düse 200 so
aufgebaut, dass der Ventilkörper-Führungsbereich eine äußere Eingriffsfläche mit
einer verkürzten,
axialen Länge
von nicht mehr als ungefähr
7 Millimetern besitzt und/oder der Ventilkörper-Führungsbereich eine äußere Eingriffsfläche mit
einer Spielpassung von mindestens ungefähr 5 Mikrometern besitzt. Vorzugsweise
werden sowohl der verkürzte
Führungsbereich
als auch die Spielpassung in Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung eingesetzt. Weiterhin wird, vorzugsweise, eine abgestufte
Sitzfläche
ebenso eingesetzt.
-
Die
Düse 200 arbeitet
in einer bekannten Art und Weise so, wie dies, zum Beispiel, in
dem US-Patent Nr. 4,618,095, übertragen
auf den Inhaber der vorliegenden Erfindung, und hier unter Bezugnahme darauf
in dessen Gesamtheit eingeschlossen, dargestellt ist. Das bedeutet,
dass, unter einer Deaktivierung, das Regelventil den Ventilkörper von
seinem Sitz weg bewegt, um eine Druckfreisetzung während eines
Pumpens zu ermöglichen.
Eine Betätigung
des Regelventils schließt
den Entlastungskanal, was ermöglicht,
dass sich Druck aufbaut und gelegentlich die Düsennadel in einer Kaskade von
hydraulischen Ereignissen anhebt.
-
In 5 ist
eine bevorzugte Ausführungsform
eines Ventilkörpers
zur Verwendung in Regelventil-Anordnungen der vorliegenden Erfindung
für Pumpen
und Düsen
allgemein mit 240 bezeichnet. Ein Ventilkörper 240 besitzt
einen Ventilanschlag 242, der eine Sitzfläche 246 definiert.
Der Ventilkörper 240 besitzt
weiterhin eine Ventilführung 248,
die für
einen gleitenden Eingriff mit dem Regelventilkammer-Führungsbereich
vorgesehen ist. Die Ventilführung 248 besitzt
eine äußere Eingriffsfläche 250,
die in den Ventilkammer-Führungsbereich
eingreift. Die Eingriffsfläche
besitzt eine axiale Länge
von höchstens
ungefähr
7 Millimetern. Das andere Ende 254 des Ventilkörpers 240 besitzt
eine Gewindeöffnung 256
zum Aufnehmen der Ankerschraube, um den Anker an dem Ventilkörper 240 zu
befestigen. Öffnungen 258 sind
vorgesehen, um eine zusätzliche
Verbindung zwischen der Kammer für überschüssigen Kraftstoff
und den Regelventil-Federkammern zu ermögli chen. Ein nicht eingreifender
Oberflächenbereich 200 ist
an einer oder an beiden axialen Seiten der Fläche 250 angeordnet.
-
In
den 6–8,
in erster Linie in 6, ist ein Ventilkörper, allgemein
bezeichnet mit 270, so dargestellt, dass er innerhalb einer
Regelventilkammer 272, definiert durch ein Pumpen- (oder
Düsen-)Gehäuse aufgenommen
ist. Die Ventilkammer 272 definiert einen Ventilsitz 274.
Der Ventilschaft 276 besitzt eine Sitzfläche 278 für ein Eingreifen
in den Ventilsitz 274. Wie am besten in den 7 und 8 dargestellt
ist, besitzt die Sitzfläche 278 einen radial
inneren Bereich 280 und einen radial äußeren Bereich 282.
Eine Stufe 284 (8) ist zwischen dem inneren
und dem äußeren Bereich 280 und 282, jeweils,
definiert.
-
Der
Ventilkörper 270 besitzt
eine Ventilführung 286 mit
einer äußeren Eingriffsfläche 288.
Die äußere Eingriffsfläche 288 ist
vorzugsweise höchstens
ungefähr
7 Millimeter lang und greift in den axialen Führungsbereich 290 ein.
Weiterhin besitzt der Ventilkörper 270 ein
Ende 292 für
eine Befestigung an einem Anker. Vorzugsweise greift, zusätzlich dazu,
dass sie eine axiale Länge
von höchstens
ungefähr
7 Millimetern besitzt, die äußere Eingriffsfläche 288 in
den Ventilkammer-Führungsbereich 290 mit einer
Spielpassung von mindestens ungefähr 5 Mikrometern ein.
-
Die
verringerte Führungslänge und
die Spielpassung verbessern die Ventildichtfähigkeit zu Anfang und über den
Lebensdauer-Zyklus des Produkts. Die verringerte Führungslänge und
der vergrößerte Freiraum
ermöglichen
dem Ventil, dass es seine optimale Sitz-(Dichtungs)-Position findet.
-
Genauer
gesagt ermöglichen
eine Verringerung der Führungslänge und
eine Vergrößerung des Spiels
dem Ventilkörper,
immer leicht so zu rotieren und/oder zu translatieren, wie dies
benötigt
wird, so dass der Ventilkörper
seinen optimalen Sitz findet. Natürlich könnte eine übermäßige Freigabe des Spiels oder
eine Überverringerung
der Führungslänge zu einer
leichten Druckfreisetzung entlang eines Wegs zu der Federkammer
führen.
-
Die
Erfinder haben herausgefunden, dass eine Führungslänge von höchstens ungefähr 7 Millimetern
für Pumpen-
und Düsenanordnungen
geeignet ist. Die Erfinder fanden weiterhin heraus, dass die bevorzugte,
axiale Länge
der Eingriffsfläche
mindestens ungefähr
6 Millimeter betragen sollte. In einer bevorzugten Ausführungsform
wird eine axiale Länge
von höchstens
ungefähr
6,7 Millimetern verwendet. Weiterhin wird in einer bevorzugten Ausführungsform
eine axiale Länge
von mindestens ungefähr
6,3 Millimetern ver wendet. Das zusätzliche Spiel, das durch die
verkürzte
Führung
vorgesehen ist, erleichtert in vorteilhafter Weise einen optimalen Ventilsitz.
Aus Qualitätsgründen ist
es bevorzugt, dass die axiale Länge
der Führung
so ausgewählt wird,
dass die Variationen der Dichtfähigkeit
für axiale Längen innerhalb
einer annehmbarem Toleranz der ausgewählten Länge minimiert werden.
-
Die
Erfinder haben die Funktionsweise von verschiedenen Ventilkörpern, die
unterschiedliche axiale Längen
haben, verglichen, und haben herausgefunden, dass eine geeignete,
axiale Länge
und eine Toleranz zur Verwendung in einer bestimmten Pumpenanwendung
ungefähr
6,5 +/– 0,2
Millimeter beträgt.
Natürlich
können
andere, axiale Längen
und Toleranzen als geeignet für
andere Anwendungen befunden werden, wie dies durch einen Fachmann auf
dem Gebiet der Pumpen und Düsen
ersichtlich wird.
-
Wie
am besten in 6 dargestellt ist, besitzt eine
Ventilführung 286,
zusätzlich
dazu, dass sie eine äußere Eingriffsfläche 288 besitzt,
einen ersten und einen zweiten, nicht eingreifenden Oberflächenbereich 294 und 296,
jeweils. Ein nicht eingreifender Oberflächenbereich 294, angeordnet
zwischen dem Oberflächenbereich 288 und
dem Ventilschaft 276, besitzt vorzugsweise eine axiale
Länge von
mindestens ungefähr
1 Millimeter. Noch bevorzugter beträgt die axiale Länge des
nicht eingreifenden Oberflächenbereichs 294 mindestens
ungefähr
2 Millimeter. Die Erfinder haben herausgefunden, dass, wenn man
einen nicht eingreifenden Bereich 294 größer als
der nicht eingreifende Bereich 296 hat, dies die Dichtungseigenschaft
des Ventils erhöht.
Das bedeutet, dass eine Verkürzung
der axialen Führung
an der Seite des Ventilschafts mehr Spiel oder einen größeren Freiheitsgrad
an dem Ventilsitz als ein Verkürzen der
axialen Führung
an dem anderen Ende des Ventilkörpers
liefert. Weiterhin ist der primäre
Grund für das
Vorsehen der nicht eingreifenden Oberflächenbereiche derjenige, Design-Änderungen
an dem Ventilkörper
zu minimieren, führt
allerdings noch zu den Vorteilen der verkürzten, axialen Führung. Weiterhin
kann, obwohl das meiste Spiel oder die Verbesserung in der Ventilsitzund
Dichtfähigkeit
durch Maximieren des nicht eingreifenden Oberflächenbereichs 294 erreicht
werden kann, während
der nicht eingreifende Oberflächenbereich 296 beseitigt
wird, ein kurzer, nicht eingreifender Oberflächenbereich 296 in
Abhängigkeit
von Herstellverfahren, verwendet dazu, das Pumpengehäuse zu behandeln,
erwünscht
sein.
-
Zusätzlich kann
die Spielpassung zwischen der äußeren Eingriffsfläche 288 und
dem Führungsbereich 290 erhöht werden,
um ein Spiel zu erhöhen und
eine optimale Sitzbildung zu erleichtern. Es ist ersichtlich, dass
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung die verringerte Führungslänge und/oder die vergrößerte Freiraumpassung
einsetzen können.
Weiterhin haben die Erfinder herausgefunden, dass es bevorzugt ist,
sowohl die verringerte Führungslänge als
auch die Spielpassung einzusetzen. Eine geeignete Spielpassung,
die erleichtert, dass das Ventil seinen optimalen Sitz findet, beträgt ungefähr mindestens
5 Mikrometer. Die Erfinder haben herausgefunden, dass es bevorzugt
ist, dass die Spielpassung höchstens
ungefähr
9 Mikrometer beträgt.
Darüber
hinaus beträgt,
in einer bevorzugten Ausführungsform,
die Spielpassung mindestens ungefähr 6 Mikrometer. Darüber hinaus
beträgt,
in einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform, die Spielpassung
höchstens
ungefähr
8 Mikrometer.
-
Das
zusätzliche
Spiel, das durch den vergrößerten Freiraum
geschaffen ist, erleichtert in vorteilhafter Weise einen optimalen
Ventilsitz, was weiterhin durch die Verwendung einer verkürzten, axialen Führung zusätzlich zu
dem vergrößerten Spiel
bzw. Freiraum erleichtert wird. Aus Qualitätsgründen ist es bevorzugt, dass
die Spielpassung so ausgewählt werden
kann, dass die Variationen der Dichtfähigkeit für Spielpassungen innerhalb
einer annehmbaren Toleranz einer ausgewählten Länge minimiert werden. Die Erfinder
haben herausgefunden, dass 7 +/– 1
Mikrometer ein geeignetes Spiel und eine Toleranz in einer bestimmten
Pumpenanwendung ist. Natürlich können andere
Spiele und Toleranzen als geeignet für andere Anwendungen herausgefunden
werden.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist ein Ventilkörper
mit der verringerten Führungslänge der axialen
Eingriffsfläche,
der Spielpassung zwischen der Eingriffsfläche und der Ventilkammer und
dem abgestuften Sitz aufgebaut. Allerdings sollte ersichtlich werden,
dass Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung die verringerte Führungslänge und/oder die Spielpassung
einsetzen können.
Weiterhin können,
obwohl der abgestufte Sitz bevorzugt ist, alternativ Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ohne den abgestuften Sitz ausgeführt werden.
-
Die 9 bis 12 stellen
die Vorteile eines abgestuften Sitzes dar, wenn mit einem nicht
abgestuften Sitz verglichen wird. In 9 besitzt
der Ventilschaft 300 einen inneren Bereich 302 und
einen äußeren Bereich 304.
In der geschlossenen Position greift der innere Bereich 302 in
den Ventilsitz 306 ein. Vergleichbar besitzt, in 10,
ein herkömmlicher Ventilschaft 310 eine
Sitzfläche 312 in
Eingriff mit dem Ventilsitz 314.
-
Wie
nun 11 zeigt, besitzt ein abgenutzter Ventilsitz eine
moderat abgenutzte Sitzfläche 306. Ein
innerer Bereich 302 des Ventilschafts 300 greift
in den abgenutzten Ventilsitz 306 ein. Der effektive Bereich
an dem Ventilsitz 306, der die Schließkraft von dem Ventilschaft 300 aufnimmt,
hat sich leicht in 11 im Gegensatz zu dem effektiven
Bereich in 9 erhöht. Der die effektive Kraft
aufnehmende Bereich ist der Bereich, der in einer Ebene normal zu der
Ventil-Bewegungsachse definiert ist. Das bedeutet, dass, wenn der
Ventilsitz 306 abgenutzt wird, der Ventilkörper in
seinem Sitz und weiterhin in dem Ventilsitz einsitzen wird, was
den die effektive Kraft aufnehmenden Bereich an dem Ventilsitz erhöht. Allerdings
erhöht
sich, wenn die Abstufung 308 an dem Ventilkörper 300, über die
Zeit, damit beginnt, sich in den Ventilsitz 306 einzudrücken, der
eine effektive Kraft aufnehmende Bereich unter einer langsameren Rate
aufgrund des Winkels der Abstufung 308. Natürlich bewirkt
der erhöhte
Winkel an der Stufe 306, dass sich der Ventilkörper 300 in
die Ventilstufe 306 unter einer schnelleren Rate einfrisst.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass sich die Rate einer Erhöhung eines
eine effektive Kraft aufnehmenden Bereichs über die Zeit wesentlich durch
Vorsehen der Stufe 308 an dem Ventilkörper 300 verringert.
-
Wie
in 12 dargestellt ist, drückt sich der Ventilschaft 310 in
den Ventilsitz 314 über
die Zeit sein, und erhöht
den die effektive Kraft aufnehmenden Bereich an dem Ventilsitz unter
einer schnelleren Rate als das Design des Ventilschafts, dargestellt
in 11. Die Erfinder glauben, dass ein abgestufter Ventilsitz
ein Einsitzen des Ventils und die Dichtfunktion erhöht und dass
vorzugsweise eine abgestufte Ventilsitzfläche zusätzlich zu der verkürzten, axialen Führungslänge und
dem vergrößerten Freiraum
an der äußeren Eingriffsfläche der
Ventilführung
eingesetzt werden sollte.
-
Natürlich ist
der abgestufte Sitz optional, und Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung werden mit der äußeren Eingriffsfläche einer
verringerten axialen Länge
und/oder der äußeren Eingriffsfläche, die
einen vergrößerten Freiraum
besitzt, wie dies vorstehend beschrieben ist, erreicht werden.
-
In 13 ist
ein Motor, hergestellt gemäß der vorliegenden
Erfindung, allgemein mit 320 bezeichnet. Ein Motorblock 322 besitzt
eine Mehrzahl von Zylindern. Kraftstoff-Einspritzdüsen sind so positioniert, um
Kraftstoff zu den Zylindern zuzuführen. Kraftstoffdüsen 324 können Einheits-Düsen sein,
die eine Pumpvorrichtung und ein Regelventil der vorliegenden Erfindung
darin eingesetzt besitzen, oder können in Verbindung mit einer oder
mehreren Hochdruckpumpen stehen. Wie dargestellt ist, steht jede Düse bzw.
Einspritzeinrichtung in Verbindung mit einer oder mehreren Hochdruckpumpen 326,
und ein verbessertes Regelventil der vorliegenden Erfindung würde entsprechend
innerhalb jeder Pumpe 326 angeordnet sein. Kraftstoff wird
zu dem Motorblock 322 durch eine oder mehrere Niederdruckpumpen 328, die
in Verbindung mit einer oder mehreren Kraftstoff-Zuführeinrichtungen 330 steht,
zugeführt.
-
Während Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt und beschrieben worden sind, ist nicht vorgesehen,
dass diese Ausführungsformen
alle möglichen
Formen der Erfindung darstellen und beschreiben. Im Gegensatz dazu
sind die Worte, verwendet in der Beschreibung, beschreibende Worte, im
Gegensatz dazu, dass sie einschränkend
sind, und es ist verständlich,
dass verschiedene Änderungen
vorgenommen werden können,
ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die Ansprüche definiert
ist, zu verlassen.